"8조-카페인"의 두 판 사이의 차이

2024년 12월 17일 (화) 09:58 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 컴퓨터 비전과 딥러닝을 이용한 커피 원두의 품질에 따른 분류 장치

영문 : Coffee sorting device according to the quality using computer vision and deep learning

과제 팀명

카페인

지도교수

박찬희 교수님

개발기간

2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학부·과 20194300** 김**(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학부·과 20194300** 우**

서울시립대학교 기계정보공학부·과 20214300** 권**

서울시립대학교 기계정보공학부·과 20214300** 이**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 프로젝트는 커피 원두 분류기 제작을 목표로 한다. 커피는 대부분 생두 상태에서의 품질에 따라 등급을 나누지만, 원두 로스팅이나 유통 과정에서도 결점두가 추가로 발생하며 이는 커피의 품질을 하락시키는 원인이 된다. 이를 해결하고자 가정에서 사용할 수 있는 소형 결점두 판별기를 제작하여 로스팅 가공 이후의 커피 원두를 분류해주는 장치를 제작하고자 한다.

개발 과제의 배경

2023년 대한민국의 1인당 연간 커피 소비량은 프랑스를 이어 세계 2위를 기록했다. 커피 시장이 지속적으로 성장하며 고품질의 스페셜티 커피에 대한 관심이 높아지고, 가정에서도 커피를 즐기는 홈카페 문화도 확산하고 있다. 품질 좋은 커피는 대개 높은 등급의 커피를 의미하는데, 커피는 생두 상태에서의 품질에 따라 등급을 부여하고 있다. 생두 품질 분류기는 천만 원 내외의 매우 높은 가격에 형성되어 있으며, 커피는 로스팅이나 유통 과정 등에서 원두가 깨지거나 부서지는 등 결점두가 추가로 발생한다. 이러한 결점두는 산소와 접촉해 향미를 빠르게 잃기 때문에 커피의 품질을 저해하는 문제를 야기한다. 보다 많은 소비자들이 가정에서도 품질 좋은 커피를 즐길 수 있도록 하고자 본 프로젝트를 기획하였다.

개발 과제의 목표 및 내용

이 과제는 결점 원두와 정상 원두의 차이점을 딥러닝을 통해 학습한 후, 그 데이터를 토대로 로스팅 된 원두를 결점 원두와 정상 원두로 분리하는 것을 목표로 한다. 세부 목표는 아래와 같다.

1. 원두를 한 알 씩 담아 이동할 수 있도록 제작된 체인에 원두가 담겨 앞으로 이동하며, 이동하는 동안 레일의 위와 아래에 설치된 카메라에서 원두의 모양을 인식할 수 있도록 한다.
2. 딥러닝을 통한 학습을 진행하여 카메라에 인식 된 원두를 정상두-결점두로 이진 분류할 수 있도록 한다.
3. 종류가 판별된 원두가 섞이지 않고 높은 정확도로 기계적 분류될 수 있는 분류장치를 제작한다.
4. 원두의 기계적 이동 및 분류과정에서 끼임을 방지할 수 있도록 제작한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

전 세계적인 기술현황

최근 컴퓨터비전과 딥 러닝을 결합한 품질 분류 시스템이 다양한 산업에서 연구되고 있다. 특히 이미지 분석 기술은 커피의 모양이나 색상과 같은 외형적 특징을 파악하는 데 활용되고 있으며, 이 기술은 커피 업계 뿐만 아니라 농산물, 의류, 금속 등의 품질을 검사하는 데에 광범위하게 사용되고 있다. 하지만 현재 시중에 판매하는 것으로 보이는 커피 분류 장치들은 모두 생두(그린빈) 상태의 커피를 분류하는 장치들이다. 콩의 모양이나 색 등으로 결점두를 분류하는 장치들이 가장 많이 사용되고 있는데, 이 장치들은 커피를 로스팅하기 이전 과정에서 사용하는 장치이거나, 커피의 색상을 구분해주는 장치가 대부분이고 보통 기기의 사이즈가 거대하고 가격대가 높아 일반 소비자들이 가정에서 쉽고 편안하게 사용하기 부담스러울 것이라고 보인다.

Avercasso AI green bean sorter CS One(좌), Genio coffee bean color sorter M-32(우)

특허조사 및 특허 전략 분석

・ 콩을 분류하는 방법 및 이를 지원하는 전자 장치 (출원번호 1020220113611)

- 카메라로 콩을 인식하여 결점두를 구분하는 기술 특허이나, 커피에 한정되지 않고 ‘콩’으로 표기

- 콩의 종류별로 모양이 상이하기 때문에 정확도가 떨어지거나, 딥러닝 모델의 사이즈가 클 것으로 예상

- 이를 보완하고자, 본 프로젝트에서는 단일 품종의, 로스팅 된, ‘커피 콩’으로 데이터를 한정하여 정확도를 높이고 모델의 사이즈를 최소화할 수 있음

・ Sorting Machine and Sorting Method (JP6312052B2)

- 카메라 모듈을 통해 커피의 모양을 인식하여 결점두를 구분하는 기술에 대한 특허이나, 자료를 살펴보면 카메라 모듈 1개를 통해 커피의 모양을 인식하고 있음

- 카메라가 비출 수 있는 단면의 반대편 결점에 대해서는 인식하지 못할 것으로 예상됨

- 이를 보완하고자, 본 프로젝트에서 제작하는 기기에서는 윗면과 아랫면 모두를 인식할 수 있도록 카메라 모듈 두 대를 이용할 예정

- 커피의 이동에 나선형 구조를 사용하였는데, 보다 안정적인 이동을 위해 체인 형태 구조물 설계 예정

특허전략

・ 기존에 시판중인 상업용 생두 품질 분류기와 다르게 로스팅 이후의 원두를 대상으로 작동

・ 가정에서 사용할 수 있도록 장치의 소형화 ・ 커피를 담아 옮기는 체인의 형태와 구동 방식의 독창성

시장상황에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

	CS ONE	M-32	카페인 프로젝트
가격	20,000 USD (약 2,800만 원)	36,500 DHS (약 1.340만 원)	프로젝트 지원금 40만 원 내외 (양산 시 추가 비용절감 가능)
분류 기준	생두 결점두 분류	원두 색상별 분류	원두 결점두 분류
장치 무게	50kg	180kg	2kg 내외 (목표)
*크기 (LWH)*	950300772	11005001500	350140300 (목표)
처리 속도	5kg/시간	50~100kg/시간	경쟁 제품 대비 느릴 것으로 예상

마케팅 전략 제시

S] 기존 경쟁 제품들의 기능을 융합한 상품 가정에서 사용할 수 있는 부담 없는 가격과 크기	W] 작은 크기로 인한 1회 처리 가능 용량의 한계 경쟁 제품 대비 느린 처리 속도
O] 시장의 지속적인 상승으로 인한 수요 확대 지속적 학습으로 인한 정확도 증가	T] 작은 초기 수요자 풀 유사 제품의 개발 가능성

SO] 기능과 가격을 내세워 수요 증대 가속화	ST] 부담 없는 가격을 내세워 수요 창출 유사 제품 개발에 대비해 기술 개선
WO] 정확도 증가에 따른 처리 속도 개선 가능성	WT] 가정용 제품으로 큰 처리 용량이 필수는 아님

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

・ 수십에서 수백 킬로그램에 달하는 상업용 제품들과 달리 수 킬로그램 정도의 경량화로 사용성 측면에 이점을 가진다. 소규모 카페나 가정에서 대형 장비에 의존하지 않고 커피의 품질을 향상시킬 수 있다.
・ 딥러닝을 통해 데이터를 지속적으로 분석하고 학습하여, 시간이 지나며 더 정교한 분석과 분류가 가능할 것이다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

・ 천만 원을 호가하는 기존 상업용 제품들에 비해 매우 큰 가격적 이점을 가지기 때문에 소비자들의 진입 장벽을 낮출 수 있다. 이로 인한 시장의 확대에 따른 수요의 증대를 기대할 수 있고, 기존에도 꾸준히 증가하는 추세인 커피 시장과 맞물려 상용화를 보다 빠르게 이루어낼 것으로 기대된다.
・ 품질을 중시하는 고급 커피 수요자들의 수요와 맞물려 스페셜티 커피 시장의 성장을 가속화 할 것으로 예상된다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

@@ 136번째 줄: / 136번째 줄: @@
 ===기술개발 일정 및 추진체계===
 ====개발 일정====
-[[파일:8조일정.png|500픽셀]]
+[[파일:8조일정.png|600픽셀|가운데]]
 ====구성원 및 추진체계====